Пряжа 

Белки, липиды и углеводы. Их структура и роль в живых организмах. Углеводы. Липиды Таблица по биологии углеводы и липиды

  1. Биологические полимеры
  2. Углеводы и их строение
  3. Функции углеводов
  4. Липиды их строение и функции

В состав клеток входит множество органических соединений: углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и другие со­единения, которых нет в неживой природе. Органическими ве­ществами называют химические соединения, в состав которых входят атомы углерода.

Атомы углерода способны вступать друг с другом в прочную ковалентную связь, образуя множество разнообразных цепочеч­ных или кольцевых молекул.

Самыми простыми углеродсодержащими соединениями явля­ются углеводороды, соединения, которые содержат только угле­род и водород. Однако в большинстве органических, т. е. угле­родных, соединений содержатся и другие элементы (кислород, азот, фосфор, сера).

Органические соединения - углеродсодержащие ве­щества, характерные для живой природы, - составля­ют в среднем 20-30% массы клеток живых организ­мов. Главные свойства клеток и организмов определяют органические полимеры: белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, а также сложные соединения - жиры и ряд молекул гормонов, пигментов, отдельных нуклеотидов, в частности АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).

  1. Биологические полимеры (биополимеры).

Биологические по­лимеры - это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Полимер (от греч. «поли» - много) - многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое ве­щество - мономер. Мономеры, соединяясь между собой, обра­зуют цепи, состоящие из тысяч мономеров. Если обозначить тип мономера определенной буквой, например А, то полимер мож­но изобразить в виде очень длинного сочетания мономерных звеньев: А-А-А-А-...-А. Это, например, известные вам органические вещества: крахмал, гликоген, целлюлоза и др. Биополимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, поли­сахариды. Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих по­лимер. Если соединить вместе два типа мономеров А и Б, то мож­но получить очень большой набор разнообразных полимеров. Строение и свойства таких полимеров будут зависеть от числа, соотношения и порядка чередования, т. е. положения мономе­ров в цепях. Полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется, называют регулярным. Таковы, на­пример, схематически изображенные полимеры с закономерным чередованием мономеров:



А Б А Б А Б А Б...

А А Б Б А А Б Б...

А ББАББАББ А...

Однако значительно больше можно получить вариантов по­лимеров, в которых нет видимой закономерности в повторяемо­сти мономеров. Такие полимеры называют нерегулярными.

Допустим, что каждый из мономеров определяет какое-либо свойство полимера. Например, мономер А определяет высокую прочность, а мономер Б - электропроводность. Сочетая эти два мономера в разных соотношениях и по-разному чередуя их, мож­но получить огромное число полимерных материалов с разны­ми свойствами. Если же взять не два типа мономеров (А и Б), а больше, то и число вариантов полимерных цепей значитель­но возрастет. Оказалось, что сочетание и перестановка нескольких типов мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивает постро­ение множества вариантов и определяет различные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов. Этот прин­цип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.

2. Углеводы и их строение. В составе клеток всех живых ор­ганизмов широкое распространение имеют углеводы. Углевода­ми называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. В большинстве углеводов водород и кис­лород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название - углеводы). Общая формула таких углеводов C n (H 2 0) m . Примером может служить один из самых распространенных углеводов - глюкоза, элементный состав ко­торой С 6 Н 12 0 6 (рис. 2). Глюкоза является простым сахаром. Не­сколько остатков простых Сахаров соединяются между собой и образуют сложные сахара. В составе молока находится молоч­ный сахар, который состоит из остатков молекул двух простых Сахаров (дисахарид). Молочный сахар - основной источник энер­гии для детенышей всех млекопитающих. Тысячи остатков молекул одинаковых Сахаров, соединяясь между собой, образуют биополимеры - полисахариды. В соста­ве живых организмов имеется много разнообразных полисаха­ридов: у растений это крахмал (рис. 3), у животных - глико­ген, тоже состоящий из тысяч молекул глюкозы, но еще более ветвистый. Крахмал и гликоген играют роль как бы аккумуля­торов энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток ор­ганизма. Очень богаты крахмалом картофель, зерна пшеницы, ржи, кукурузы и др.

Углеводы, или сахариды , - органические веще­ства с общей формулой С п (Н 2 0) л, где п не меньше трех. Соотношение водорода и кислорода в формуле углево­дов аналогично их соотношению в молекуле воды, отсю­да их название. Наиболее богаты углеводами раститель­ные клетки, в которых содержание сахаридов достигает в некоторых случаях 90% от сухой массы (клубни кар­тофеля, семена), в животной клетке углеводы содер­жатся в количестве 2-5%. Все углеводы подраз­деляются на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды, образуют молекулу полисахарида, полимера:-

  • моносахариды (простые сахара) подразделяют в зависимости от числа углеродных атомов в молеку­ле на: триозы, содержащие 3 атома углерода, тетрозы - 4, пентозы - 5, гексозы - 6 атомов углерода. Из триоз большое значение имеют глицерин и его про­изводные (молочная и пировиноградная кислоты). Из тетроз - эритроза. К пентозам относятся рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав РНК и ДНК. Среди гексоз наибольшее значение для живых организмов имеют глюкоза, фруктоза и галактоза, их общая фор­мула С 6 Н 12 О 6. Моносахариды растворимы в воде. Они являются основным источником энергии в клетке. Окисление 1 г глюкозы дает 17,1 кДж энергии;
  • дисахариды, олигосахариды состоят из двух мо­носахарид, соединенных гликозидной связью. К ним относятся сахароза, лактоза и мальтоза. Растворяются в воде, обладают сладким вкусом;
  • полисахариды - высокомолекулярные углево­ды, состоящие из большого числа моносахаридов, их молекулярная масса велика, молекулы имеют линей­ную или разветвленную структуру. В функциональ­ном отношении различают полисахариды резервного и структурного назначения. Не растворимый в холод­ной воде крахмал - главный резервный полисахарид растений; содержится в большом количестве в клуб­нях картофеля, плодах, семенах. Гликоген - полиса­харид, содержащийся в тканях тела человека и живо­тных, а также в грибах и дрожжах, - играет важную роль в превращениях углеводов в клетках. Клетчат­ка (целлюлоза) - основной структурный полисаха­рид клеточных оболочек растений. В ней содержится почти 50% всего углерода биосферы. Полисахариды подразделяются на гомо- и гетерополисахариды. Первые состоят из моносахаридов толь­ко одного вида; вторые - из моносахаридов разных типов и их производных. Комплексы с белками имеют название гликопротеиды, с жирами - гликолипиды.

3. Функции углеводов: энергетическая, структурная, сигнальная (гликопротеид). Секреты различных желез животных и человека содержат углеводы и их про­изводные. В растениях полисахариды выполняют и опорную функцию.

4. Липиды Липиды и липоиды (греч. lipos - жир) - жиры и жироподобные вещества - органические соединения с различной структурой. Они не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворите­лях: эфире, бензине, хлороформе и др. Содержание жира в клетках обычно невелико, составляет 5-15% от су­хой массы, однако клетки жировой ткани могут содер­жать жира до 90% от сухой массы.

Липиды разнообразны по структуре. Всем им при­суще, однако, одно общее свойство: все они неполярны. Поэто­му они растворяются в таких неполярных жидкостях, как хло­роформ, эфир, но практически нерастворимы в воде. К липидам относятся жиры и жироподобные вещества. В клетке при окислении жиров образуется большое количество энергии, ко­торая расходуется на различные процессы. В этом заключается энергетическая функция жиров. Жиры могут накапливаться в клетках и служить запасным питательным веществом. У некоторых животных (например, у китов, ластоногих) под кожей откладывается толстый слой под­кожного жира, который благодаря низкой теплопроводности за­щищает их от переохлаждения. Некоторые липиды являются гормонами и принимают учас­тие в регуляции физиологических функций организма. Липи­ды, содержащие фосфор (фосфолипиды), служат важнейшей со­ставной частью клеточных мембран, т. е. они выполняют струк­турную функцию. По химической структуре липиды - соединения глицерина - трехатомного спирта с высокомолеку­лярными органическими кислотами (жирными), не имеют полимерной структуры:

Н 2 С - О - остаток жирной кислоты

НС - О - остаток жирной кислоты

Н 2 С - О - остаток жирной кислоты.

Функции липидов:

  • структурная. Жиры участвуют в образовании мембран клеток всех органов и тканей, обеспечивают их полупроницаемость. Основные компоненты мемб­ран клеток - фосфолипиды. Это жироподобные веще­ства, у которых одна молекула жирной кислоты заме­щена на Н 2 РО 4 . Липиды участвуют в образовании многих биологи­чески важных соединений:
  • энергетическая. При полном сгорании 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, что примерно вдвое боль­ше по сравнению с углеводами и белками. Липиды обес­печивают 25-30% всей энергии, необходимой организму;
  • резервная - проявляется в том, что, накапливаясь в клетках жировой ткани животных, семенах и плодах растений, жир служит запасным источником питания;
  • терморегуляции эта функция связана с тем, что жиры плохо проводят тепло. Они откладываются под кожей, образуя у некоторых животных большие скопления (у китов до 1 м), что позволяет животным обитать в районах с низкой температурой. У многих млекопитающих существует своеобразный биологический «обогреватель» - жировая ткань бу­рого цвета, так называемый «бурый жир». Эта ткань очень богата митохондриями красно-бурой окраски из- за находящихся в них железосодержащих белков. В ней производится тепловая энергия, имеющая для мле­копитающих большое значение в условиях жизни при низких температурах. Жиры - поставщики так называемой эндогенной воды: при окислении 100г жира выделяется 107 мл воды. Благодаря такой воде существуют многие пус­тынные животные;
  • регуляции обменных процессов. Многие липиды являются предшественниками в биологическом синте­зе ряда гормонов и регуляторных веществ. Жиры вхо­дят в состав витаминов и растительных пигментов;
  • защитная. Жиры могут защищать нежные орга­ны от ударов и сотрясений (например, околопочечная капсула, жировая подушка около глаз). Жироподобные вещества покрывают тонким слоем листья растений, обеспечивая им защиту во время обильных дождей от избыточного намокания.

Как известно, важнейшие группы органических веществ, которые определяют основные свойства клетки, организма - это белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, отдельные нуклеотиды (в частности АТФ). Каждая из этих групп выполняет свою функцию (функции) в процессе жизнедеятельности организма.

УГЛЕВОДЫ (моносахариды, полисахариды) - органические вещества, в состав молекул которых входят водород и кислород. При этом соотношение этих элементов аналогично соотношению их в молекуле воды, т.е. на 2 атома водорода приходится один атом кислорода.

К моносахаридам относятся рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

К полисахаридам первого порядка относятся сахароза, лактоза и мальтоза.

Полисахариды второго порядка: крахмал, гликоген, клетчатка.

Углеводы выполняют в организме следующие функции:

Энергетическую,

Структурную (т.к. входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований),

Запаса питательных веществ,

Защитную (вязкие секреты, предохраняющие стенки полых органов от механических, химических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов богаты углеводами).

ЛИПИДЫ. Под этим термином объединяются жиры и жироподобные вещества. Это органические соединения с различной структурой, но общими свойствами. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.

Основные функции липидов:

Структурная (липиды принимают участие в постороении мембран клеток всех органов и тканей),

Энергетическая функция (обеспечение 25-50% энергии организма),

Запаса питательных веществ («энергетические консервы»),

Терморегуляции.

БЕЛКИ. Белки - это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В состав большинства белков входят 20 аминокислот. В каждой из них содержатся одинаковые группировки атомов: аминогруппа - NH2 и карбоксильная группа - СООН. Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильной группы, называются радикалами (R). В клетке находятся свободные аминокислоты, составляющие аминокислотный фонд, за счет которого происходит синтез новых белков. Этот фонд постоянно пополняется за счет расщепления белков пищи пищеварительными ферментами или собственных запасных белков.

Соединение аминокислот происходит через общие для них группировки: аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой аминокислоты, при их соединении выделяется молекула воды. Между соединившимися аминокислотами возникает связь, называемая пептидной.

Образовавшееся соединение нескольких аминокислот называют пептидом, а соединение из большого числа аминокислот - полипептидом. Таким образом, белок может представлять собой один или несколько полипептидов.

Уровни организации белковой молекулы. Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, т.е. нить аминокислот, связанных между собой пептидными связями. В первичной структуре все связи между аминокислотами являются ковалентными, а, следовательно, прочными.

Вторичная структура соответсвует закрутке белковой нити в виде спирали. Между группами -С=О, находящимися на одном витке спирали, и группами -N-H на другом витке образуются водородные связи, которые слабее ковалентных, но обеспечивают достаточную прочность вторичной структуры.

Четвертичная структура. Благодаря соединению нескольких молекул белков между собой образуется четвертичная структура. Если пептидные нити уложены в виде клубка, такие белки называются глобулярными, если в виде пучков нитей - фибриллярными.

Функции белков. Ранообразие функций, которые выполняют белки в живом организме столь велико, что ее целесообразно представить в виде следующей схемы (рис 1).


Рис.1.

Следует заметить, что кроме представленных на схеме, белки выполняют и энергетическую функцию. Однако белки используются как источники энергии только когда истощаются основные источники: углеводы и жиры.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ. Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Описаны впервые в 1869 г. швейцарским биохимиком Ф.Мишером.

В природе существуют два типа нуклеиновых кислот, различающихся по составу, строению и функциям. Одня содержит улеводные компонент рибозу (РНК), другая - дезоксирибозу (ДНК).

Нуклеиновые кислоты - важнейшие биополимеры, определяющие основные свойства живого. Так ДНК - полимерная молекула, состоящая из сотен тысяч мономеров - дезоксирибонуклеотидов.

ДНК. Нуклеотидный состав ДНК: в составе ДНК имеются 4 основания:

аденин (А)

гуанин (Г)

цитозин (Ц).

Количество аденина всегда равно количеству тимина (А=Т), а количество гуанина - количеству цитозина (правило Чаргаффа). Это свидетельствовало о некоторых строгих закономерностях в строении ДНК. В начале 50-х годов прошлого века была выяснена структура ДНК - двойной спирали, причем на периферии молекулы находится сахарофосфатный остов, а в середине - пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (цитозин и тимин) основания. Каждая из пар оснований обладает симметрией, позволяющей ей включиться в двойную спираль в двух ориентациях: (А=Т и Т=А) и (Ц=Г и Г=Ц). В каждой из цепей ДНК основания могут чередоваться всеми существующими способами.

Если известна последовательность оснований в одной цепи (например, Т-Ц-Г-Ц-А-Т, то, благодаря специфичности спаривания (комплементарности) становится известной и последовательность ее цепи-«партнера»: А-Г-Ц-Г-Т-А.

РНК. Молекула РНК также полимер, мономером которого является рибонуклеотид. РНК - однонитевая молекула и построена таким же образом, как и одна из цепей ДНК. Нуклеотиды РНК очень близки нуклеотидам ДНК но не полностью тождественны: вместо тимина (Т) у РНК присутствует близкий к нему по строению пиримидин - урацил.

По выполняемым функциям РНК подразделяются на следующие виды:

Транспортная РНК (т-РНК) - самая короткая, 80-100 нуклеотидов, из общего содержания РНК клетки на т-РНК приходится около 10%. Функция ее стостоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка.

Рибосомная РНК (р-РНК) - самая крупная, 3-5 тыс. нуклеотидов (около 90% содержания РНК клетки).

Информационная РНК (и-РНК), на них приходится около 0,5-1% от общего содержания РНК в клетке. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах.


Рис. 2.

Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Рассмотрите рисунок 15. Какими свойствами обладают жир, масло и сахар? Какое значение имеют эти вещества для организмов?

В состав живого входят органические вещества. Они различаются по составу, свойствам и биологическим функциям, имеют молекулярную массу от 30 до нескольких тысяч единиц. Низкомолекулярные органические вещества состоят из одного структурного звена, тогда как высокомолекулярные соединения могут содержать от нескольких единиц до тысячи структурных звеньев. Такие вещества называются полимерами (отгреч. полимерес - многочисленный), а их структурные звенья - мономерами (один).

К органическим веществам липидам относятся жиры, масла, фосфолипиды, воски (рис. 15). В зависимости от типа клеток содержание липидов колеблется от 5% до 90%, например в клетках жировой ткани. Липиды нерастворимы в воде, т. е. гидрофобны. Фосфолипиды, в отличие от жира и масла, имеют в своем составе остаток фосфорной кислоты, которая хорошо растворима в воде. Поэтому фосфолипиды обладают двойственными свойствами - гидрофильно-гидрофобными.

Рис. 15. Липиды: 1 - схема строения молекулы жира; 2 - схема строения молекулы фосфолипида

Основная функция липидов в живом - энергетическая. При окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Жиры и масла являются запасными питательными веществами в клетках растений (рис. 16) и животных, источником воды в организме, которая образуется при их расщеплении. Другая, не менее важная функция липидов - строительная. Фосфолипиды входят в состав мембран клеток. Из воска пчелы строят свои соты.

Рис. 16. Семянки подсолнечника богаты маслом

Липиды выполняют также защитную и терморегуляторную функцию. Подкожный жировой слой у многих млекопитающих предохраняет их от переохлаждения, повреждения внутренних органов при механическом воздействии (рис. 17). Восковой налет на листьях некоторых растений, например хвоинок ели и сосны, препятствует избыточному испарению, воздействию низких температур и солнечных лучей. Еще одна важная функция липидов - регуляторная. Гормон надпочечников (кортизон) и половые гормоны (тестостерон и эстрадиол) - липиды. Некоторые липиды являются компонентами витаминов D и E.

Рис. 17. Кит имеет толстый подкожный слой жира

Сахаристые или сахароподобные вещества - углеводы, имеют общую формулу. В клетках животных содержание углеводов составляет от 1 до 3% (в клетках печени животных до 5%). В клетках растений находится до 90% углеводов, где они служат основным строительным материалом и запасным питательным веществом (рис. 18, 19).

Рис. 18. Глюкозой богаты ягоды винограда

Рис. 19. Крахмал запасается в органах растений, например в клубнях картофеля

Все углеводы разделяют на моносахариды и полисахариды (рис. 20). К моносахаридам относят, например, глюкозу и рибозу. Это бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Полисахариды - высокомолекулярные полимеры, мономеры которых представляют собой повторяющиеся звенья, чаще всего молекул глюкозы. К полисахаридам относят крахмал, гликоген, целлюлозу. В отличие от моносахаридов, полисахариды не имеют сладкого вкуса, в воде растворяются плохо или совсем нерастворимы.

Рис. 20. Углеводы: 1 - схема строения молекулы глюкозы; 2 - схема строения молекулы целлюлозы; 3 - схема строения молекулы крахмала

В организме углеводы выполняют в основном строи тельную и энергетическую функции. Из целлюлозы состоит оболочка растительных клеток. По общей массе в живой природе Земли она занимает первое место среди органических соединений. Полисахарид хитин входит в состав кожных покровов членистоногих и оболочки клеток грибов.

Крахмал и гликоген - запасные питательные вещества клеток. Крахмал синтезируется и запасается в клетках растений, а гликоген - в клетках животных, в частности в печени. Эти углеводы, наряду с глюкозой, выполняют в организме также и энергетическую функцию. При окислении 1г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. Количество образовавшейся теплоты в этом случае меньше, чем при окислении жиров. Однако углеводы быстрее расщепляются и усваиваются организмом, чем жиры. Например, клетки нервной ткани используют глюкозу как основной источник энергии.

Упражнения по пройденному материалу

  1. Что такое полимер и мономер? Какие органические вещества живого относят к полимерам?
  2. Почему жиры обладают гидрофобными свойствами? Сравните их растворимость с фосфолипидами. Чем объясняются различия?
  3. В организме моржей, тюленей и других северных животных накапливается толстый слой подкожного жира. Какие функции он выполняет в организме этих животных?
  4. Какие углеводы относятся к моносахаридам и полисахаридам? Какие функции они выполняют в организмах?

Углеводы — органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C n (H 2 O) m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.

Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

Глюкоза, или виноградный сахар (С 6 Н 12 О 6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы — над плоскостью.

Глюкоза — это:

  1. один из самых распространенных моносахаридов,
  2. важнейший источник энергии для всех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),
  3. мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,
  4. необходимый компонент крови.

Фруктоза, или фруктовый сахар , относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.

Олигосахариды — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов — растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной .

Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар , — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название — сахар ). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10-18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).

Мальтоза, или солодовый сахар , — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.

Лактоза, или молочный сахар , — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2-8,5%).

Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов — не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.

Крахмал (С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал — основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса — до 86%, пшеницы — до 75%, кукурузы — до 72%, в клубнях картофеля — до 25%. Крахмал — основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент — амилаза).

Гликоген (С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген — основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание — до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.

(С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.


Инулин — полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.

Гликолипиды — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.

Гликопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.

Функции углеводов

Строение и функции липидов

Липиды не имеют единой химической характеристики. В большинстве пособий, давая определение липидам , говорят, что это сборная группа нерастворимых в воде органических соединений, которые можно извлечь из клетки органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензолом. Липиды можно условно разделить на простые и сложные.

Простые липиды в большинстве представлены сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина — триглицеридами. Жирные кислоты имеют: 1) одинаковую для всех кислот группировку — карбоксильную группу (-СООН) и 2) радикал, которым они отличаются друг от друга. Радикал представляет собой цепочку из различного количества (от 14 до 22) группировок -СН 2 -. Иногда радикал жирной кислоты содержит одну или несколько двойных связей (-СН=СН-), такую жирную кислоту называют ненасыщенной . Если жирная кислота не имеет двойных связей, ее называют насыщенной . При образовании триглицерида каждая из трех гидроксильных групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой с образованием трех сложноэфирных связей.

Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты , то при 20°С они — твердые; их называют жирами , они характерны для животных клеток. Если в триглицеридах преобладают ненасыщенные жирные кислоты , то при 20 °С они — жидкие; их называют маслами , они характерны для растительных клеток.

1 — триглицерид; 2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;
4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.

Плотность триглицеридов ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают, находятся на ее поверхности.

К простым липидам также относят воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно с четным числом атомов углерода).

Сложные липиды . К ним относят фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины и др.

Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. Принимают участие в формировании клеточных мембран.

Гликолипиды — см. выше.

Липопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения липидов и белков.

Липоиды — жироподобные вещества. К ним относятся каротиноиды (фотосинтетические пигменты), стероидные гормоны (половые гормоны, минералокортикоиды, глюкокортикоиды), гиббереллины (ростовые вещества растений), жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), холестерин, камфора и т.д.

Функции липидов

Функция Примеры и пояснения
Энергетическая Основная функция триглицеридов. При расщеплении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж.
Структурная Фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины принимают участие в образовании клеточных мембран.
Запасающая Жиры и масла являются резервным пищевым веществом у животных и растений. Важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания.

Масла семян растений необходимы для обеспечения энергией проростка.

Защитная Прослойки жира и жировые капсулы обеспечивают амортизацию внутренних органов.

Слои воска используются в качестве водоотталкивающего покрытия у растений и животных.

Теплоизоляционная Подкожная жировая клетчатка препятствует оттоку тепла в окружающее пространство. Важно для водных млекопитающих или млекопитающих, обитающих в холодном климате.
Регуляторная Гиббереллины регулируют рост растений.

Половой гормон тестостерон отвечает за развитие мужских вторичных половых признаков.

Половой гормон эстроген отвечает за развитие женских вторичных половых признаков, регулирует менструальный цикл.

Минералокортикоиды (альдостерон и др.) контролируют водно-солевой обмен.

Глюкокортикоиды (кортизол и др.) принимают участие в регуляции углеводного и белкового обменов.

Источник метаболической воды При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды. Важно для обитателей пустынь.
Каталитическая Жирорастворимые витамины A, D, E, K являются кофакторами ферментов, т.е. сами по себе эти витамины не обладают каталитической активностью, но без них ферменты не могут выполнять свои функции.

1. Характеристика углеводов Углеводы, или сахариды, органические вещества, в состав которых входит углерод, кислород, водород. Углеводы составляют около 1% массы сухого вещества в животных клетках, а в клетках печени и мышц до 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки (до 90% сухой массы). Химический состав углеводов характеризуется их общей формулой С m (Н 2 О) n, где mn. Количество атомов водорода в молекулах углеводов, как правило, в два раза больше атомов кислорода (то есть как в молекуле воды). Отсюда и название углеводы.


Простые углеводы Простые углеводы называют моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). Сложные углеводы Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Различают две группы углеводов: простые сахара и сложные сахара, образованные остатками простых сахаров. Простые углеводы называют моносахаридами. Общая формула простых сахаров (СН 2 О) n, где n 3 1. Характеристика углеводов


Свойства моносахаридов: низкая молекулярная масса; сладкий вкус; легко растворяются в воде; кристаллизуются; относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам. Важнейшие моносахариды: Пентозы рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав ДНК, РНК. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу как у рибозы. 1. Характеристика углеводов


Из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С 6 Н 12 О 6). Глюкоза (виноградный сахар). В свободном виде встречается и у растений, и у животных. Глюкоза это первичный источник энергии для клеток. Фруктоза. Широко распространена в природе. В свободном виде встречается в плодах. Особенно много ее в меде, фруктах. Значительно слаще глюкозы и других сахаров. Входит в состав олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании тургора растительных клеток. Поскольку метаболизм фруктозы не регулируется инсулином, имеет важное значение при питании больных сахарным диабетом. Моносахариды могут быть представлены в форме - и -изомеров. Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (-изомер), так и над ней (-изомер). 1. Характеристика углеводов


N. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос" title="Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос" class="link_thumb"> 6 Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды. У олигосахаридов хорошая растворимость в воде, они легко кристаллизуются, обладают, как правило, сладким вкусом, могут быть как редуцирующими, так и нередуцирующими. 1. Характеристика углеводов n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос"> n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды. У олигосахаридов хорошая растворимость в воде, они легко кристаллизуются, обладают, как правило, сладким вкусом, могут быть как редуцирующими, так и нередуцирующими. 1. Характеристика углеводов"> n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос" title="Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос"> title="Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой С m (H 2 O) n, где m>n. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды. Олигосахариды. Олигос">




Дисахариды образуются в результате конденсации двух моносахаридов (чаще всего гексоз). Связь, возникающую между двумя моносахаридами, называют гликозидной. Обычно она образуется между 1-м и 4- м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц (1,4-гликозидная связь). 1. Характеристика углеводов


Полисахариды (греч. poly – много) являются полимерами и состоят из неопределенно большого (до нескольких сотен или тысяч) числа остатков молекул моносахаридов, соединенных ковалентными связями. К ним относятся: o крахмал (запасной углевод растений); o гликоген (запасной углевод животных); o целлюлоза (клеточная стенка растений); o хитин (клеточная стенка грибов); o муреин (клеточная стенка бактерий). 1. Характеристика углеводов


Молекулы крахмала и гликогена состоят из остатков -глюкозы, целлюлозы из остатков -глюкозы. Кроме того, у целлюлозы цепи не ветвятся, а у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус. 1. Характеристика углеводов



Основная функция углеводов – энергетическая. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж. 1. Характеристика углеводов


Углеводы выполняют запасающую функцию. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ (крахмал в клетках растений, гликоген в клетках животных) и при необходимости используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании. 1. Характеристика углеводов


Очень важной является структурная, или строительная, функция углеводов. Они используются в качестве строительного материала. Так, целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 2040% материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей. 1. Характеристика углеводов




Какие элементы входят в состав углеводов? Какова общая формула углеводов? Углерод, водород и кислород. С х (Н 2 О) у, где х у. Какие классы углеводов различают? Различают три основных класса углеводов: простые – моносахариды, и сложные – олигосахариды и полисахариды. Назовите важнейшие моносахариды: Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. Назовите важнейшие дисахариды: Сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Назовите важнейшие полисахариды: Крахмал (запасной углевод растений), гликоген (запасной углевод животных), целлюлоза (клеточная стенка растений), хитин (клеточная стенка грибов), муреин (клеточная стенка бактерий). Чем отличаются альфа и бета-изомеры глюкозы? Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (-изомер), так и над ней (-изомер). Подведем итоги:


Что известно об энергетической функции углеводов? Это основная функция, при полном окислении 1 г выделяется 17,6 кДж. Энергии. В какой форме запасают углеводы растения и животные? Растения – в форме крахмала, животные – в форме гликогена. Что известно о структурной функции углеводов? Клеточная стенка растений состоит из целлюлозы, грибов – из хитина, бактерий – из муреина. Подведем итоги:


Липиды (от греч. lipos – жир) – обширная группа жиров и жироподобных веществ, которые содержатся во всех живых клетках. Большинство их неполярны и, следовательно, гидрофобны. Они практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир и др.). В некоторых клетках липидов очень мало, всего несколько процентов, а вот в клетках подкожной жировой клетчатки млекопитающих их содержание достигает 90%. По химическому строению липиды весьма разнообразны. 2. Характеристика липидов


1. Простые липиды – жиры и воска. Жиры – наиболее простые и широко распространенные липиды. Их молекулы образуются в результате присоединения трех остатков высокомолекулярных жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерина. Среди соединений этой группы различают жиры, остающиеся твердыми при температуре 20 °С, и масла, которые в этих условиях становятся жидкими. Масла более типичны для растений, но могут встречаться и у животных. Жирные кислоты представляет собой карбоксильную группу и углеводородный хвост, отличающийся у разных жирных кислот количеством группировок –СН 2. «Хвост» неполярен, поэтому гидрофобен. Большая часть жирных кислот содержит в "хвосте" четное число атомов углерода, от 14 до Характеристика липидов


Кроме того, углеводородный хвост может содержать различное количество двойных связей. По наличию или отсутствию двойных связей в углеводородном хвосте различают: насыщенные жирные кислоты и ненасыщенные жирные кислоты, имеющие двойные связи между атомами углерода (-СН=СН-). 2. Характеристика липидов


При образовании молекулы триглицерида каждая из трех гидроксильных (-ОН) групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой. В ходе реакции возникают три сложноэфирные связи, поэтому образовавшееся соединение называют сложным эфиром. Обычно в реакцию вступают все три гидроксильные группы глицерина, поэтому продукт реакции называется триглицеридом. Физические свойства зависят от состава их молекул. Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то они твердые (жиры), если ненасыщенные жидкие (масла). Плотность жиров ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают и находятся на поверхности. 2. Характеристика липидов


2. Сложные липиды – фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины. Фосфолипиды по своей структуре сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются составным компонентом клеточных мембран. Липиды могут образовывать сложные соединения с веществами других классов, например с белками – липопротеиды и с углеводами – гликолипиды. 2. Характеристика липидов


3. Стероиды – это липиды, не содержащие жирных кислот и имеющие особую структуру. К стероидам относятся гормоны, в частности кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны, витамины A, D, Е, К и ростовые вещества растений. Стероид холестерин – важный компонент клеточных мембран. 2. Характеристика липидов


Жиры являются основным запасающим веществом у животных, а также у некоторых растений. Они могут использоваться также в качестве источника воды (при окислении 1 кг жира образуется 1 кг 100 г воды). Это особенно ценно для пустынных животных, обитающих в условиях дефицита воды. Помимо воды, находящейся в пище, они используют метаболическую воду. 2. Характеристика липидов


Одна из основных функций – энергетическая. При полном окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. То есть жиры дают более чем в 2 раза больше энергии по сравнению с углеводами. У позвоночных животных примерно половина энергии, потребляемой клетками в состоянии покоя, образуется за счет окисления жиров. 2. Характеристика липидов


Благодаря низкой теплопроводности липиды выполняют защитную функцию, т. е. служат для теплоизоляции организмов. Например, у многих позвоночных животных хорошо выражен подкожный жировой слой, что позволяет им жить в условиях холодного климата, а у китообразных он играет еще и другую роль – способствует плавучести. Восковой налет на различных частях растений препятствует излишнему испарению воды, у животных он играет роль водоотталкивающего покрытия. 2. Характеристика липидов


Липиды выполняют и строительную функцию, так как нерастворимость в воде делает их важнейшими компонентами клеточных мембран (фосфолипиды, липопротеины, гликолипиды, холестерин). Многие производные липидов (например, гормоны коры надпочечников, половых желез, витамины A, D, Е, К) участвуют в обменных процессах, происходящих в организме. Следовательно, этим веществам присуща и регуляторная функция. 2. Характеристика липидов


Какие органические молекулы можно назвать липидами? Вещества, молекулы которых неполярны и, следовательно, гидрофобны. Они практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (бензин, хлороформ, эфир).. Что можно сказать о строении жиров? Жиры состоят из трех остатков высокомолекулярных жирных кислот, присоединенных к одной молекуле трехатомного спирта глицерина. Что можно сказать о фосфолипидах? Фосфолипиды по своей структуре сходны с жирами, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты. Фосфолипиды являются составным компонентом клеточных мембран. Что можно сказать о стероидах? Стероиды – это липиды, не содержащие жирных кислот и имеющие особую структуру. К стероидам относятся гормоны, в частности кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны, витамины A, D, Е, К и ростовые вещества растений. Подведем итоги:


Почему жиры являются основным запасающим веществом у живых организмов? При полном окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. То есть жиры дают более чем в 2 раза больше энергии по сравнению с углеводами. Кенгуровая крыса не пьет всю жизнь. Как ей это удается? Использует метаболическую воду. При окислении 1 г жира образуется более 1 г воды. Кроме этого вода есть в пище. Какие гормоны относятся к липидам? Кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны. Какие липиды выполняют строительную функцию? Компоненты клеточных мембран: фосфолипиды, липопротеины, гликолипиды, холестерин. Подведем итоги: